bab i pendahuluanrepository.ubharajaya.ac.id/1955/2/201410235029_muhamad... · 2020. 1. 27. ·...

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Memasuki era perdagangan bebas, industri di Indonesia dituntut agar dapat

bersaing dengan negara lain di bidang industri, maka kemajuan sektor industri

menuntut ke arah industrialisasi dengan di dukung kemajuan perkembangan ilmu

pengetahuan dan teknologi. Dalam perkembagan Indonesia sektor industri kimia

samgat berperan dalam memajukan perindustrian. Namun, Indonesia masih banyak

tergantung dengan mengimpor bahan baku dari luar negeri. Untuk mengurangi

ketergantungan terhadap produk luar negeri maka perlu diadakan inovasi proses

produksi maupun pembangunan pabrik baru untuk menambah devisa negara, salah

satunya adalah dengan membangun pabrik acrylamide.

Acrylamide (amida akrilat) dengan rumus kimia C3H3N adalah senyawa

organik sederhana dengan nama IUPAC-nya adalah 2-propenamida. Bahan ini

mulai diperkenalkan dan diperdagangkan sejak tahun 1954 dan mulai berkembang

pesat. Pada awal tahun 1950 ditemukan bahwa “height molekular weight”

poliakrilamid merupakan flocculant yan baik. Acrylamide dapat digunakan sebagai

bahan tambahan dalam pembuatan thickeners, flocculant, oil recovery dan kertas.

Dapat juga digunakan untuk mempromosikan adhesi, solvent ressistance, resin

meningkatkan titik lunak dan sebagai komponen dari sistem photo polimerizable.

(Kirk Othmer,1991)

Acrylamide dan turunanya kegunaan terbesarnya adalah sebagai bahan baku

untuk produksi polimer dan kapolimer. Poliakrilamid biasa digunakan flocculant

untuk memisahkan padatan dari larutan dalam pemurnian air, proses penambangan

dan pembuangan limbah industri. (WHO, 1985).

Prarancangan Pabrik..., Muhamad, Fakultas Teknik 2019

2

T

Semakin berkembangnya industri kimia di Indonesia, maka permintaan

acrylamide pada tahun tahun mendatang juga akan meningkat sebagai bahan baku

dan bahan pembantu. Maka perlu didirikan pabrik acrylamide dengan

pertimbangan sebagai berikut :

• Dapat memberikan keuntungan secara ekonomi dari bahan baku

acrylonitrile.

• Dapat memicu berdirinya pabrik yang membutuhkan bahan baku

acrylamide.

• Membuka lapangan pekerjaan.

• Menghemat devisa negara, maka impor acrylamide dapat dikurangi.

• Menambah devisa negara dari produksi acrylamide ke luar negeri.

1.2 Penentuan Kapasitas Produksi

Pertimbangan-pertimbangan penentuan kapasitas produksi perancangan

pabrik acrylamide sebagai berikut :


3

1.2.1 Prediksi kebutuhan acrylamide di Indonesia

Dapat dilihat berdasarkan data impor acrylamide di Indonesia bahwa

kebutuhan acrylamide masih cukup besar

No. Tahun Impor (kg/tahun)

1 2009 2.786.230

2 2010 3.084.470

3 2011 3.362.811

4 2012 3.843.869

5 2013 3.673.250

Table 1 Kebutuhan Impor Acrylamide Tahun 2003-2013

Biro Pusat Statistik, 2014

Gambar 2 Hubungan tahun dengan data kenaikan kebutuhan acrylamide

di Indonesia


4

Tahun Kebutuhan Impor (kg) Presentase (%)

2009 2786230

2010 3084470 10.7 %

2011 3362811 9 %

2012 3843869 14.3 %

2013 3673250 -4.4 %

Tabel 2 Kebutuhan Impor dalam Persen

Estimasi jumlah import pada tahun 2022 sebesar :

M5 = p (1 + i )n

M5 = 3.673.250 (1+0.0 74)9

M5 = 3.673.250 ( 1.9 )

M5 = 6.979.175 kg/tahun

Jadi M5 = 7.000 ton/tahun

Asumsi awal:

1. Industri yang sudah ada PT. Tridomain Chemical kapasitas m2=10.000 ton

2. PT. Tridomain Chemical 65% eksport dan 35 untuk memenuhi kebutuhan dalam

negeri. (www.tridomainchemical.com)

3. Target negara impor dan kebutuhan acrylamide :

• BASF, Australia 7000 ton/tahun

• Chang Chun Petrochemical, Kaohsiung Taiwan 12000 ton/tahun

• Malaiyan Adhesive and Chemical, ASEAN Malaysia 8000 ton/tahun

Negara tersebut belum mampu memproduksi Acrylamide


http://www.tridomainchemical.com/

5

3. Eksport 27.000 dari kapasitas pabrik dengan target Australia, Malaysia dan

Taiwan.

Peluang kapasitas pabrik baru

M3 = (27.000 + m5) – (m1+m2)

M3 = (27.000 + 7.000) – (0 + 10000)

M3 = 24.000 ton/tahun

Jadi disini diestimasikan kapasitas pabrik kurang lebih 10% = 26.000

ton/tahun (Kusnarjo, 2010).

Di asumsikan pabrik ini akan memproduksi sebesar 26.000 ton/tahun untuk

memenuhi kebutuhan acrylamide di Australia 7.000 ton/tahun, Malaysia 8.000

ton/tahun dan Taiwan 12.000 ton/tahun.

1.2.2. Kebutuhan Bahan Baku

Acrylonitrile sebagai bahan baku dapat diperoleh dari Tong Suh

Petrochemical Corp, Korea Selatan yang mempunyai kapasitas produksi 300.00

ton/tahun

Nama Perusahaan Kapasitas Produksi

(ton/tahun)

Chemtall (Riberico, GA) 71.500

Ciba Specialty Chemicals (Suffolk,

VA)

16.500

Cytec Industries (Fortier, LA, US) 45.000

Nalco (Garyville, LA, US) 17.500

Tabel 3 Perusahaan produksi acrylamide di dunia


6

1.2.3. Kapasitas Potensial

Di asumsikan pabrik ini akan memproduksi sebesar 26.400 ton/tahun untuk

memenuhi kebutuhan acrylamide di Australia 7.000 ton/tahun, Malaysia 8.000

ton/tahun dan Taiwan 12.000 ton/tahun.

1.2.4. Pemilihan Lokasi Pabrik

Lokasi pendirian pabrik merupakan salah satu faktor penting untuk

kelangsungan operasi pabrik. Beberapa pertimbangan penentuan lokasi pabrik

diantaranya transportasi, jarak pabrik dengan bahan baku, tersedianya tenaga kerja

dan tersediannya sumber air dan listrik. Sehingga biaya produksi dan distribusi

seminimal mungkon serta memiliki kemungkinan baik untuk dikembangkan.

Faktor-faktor pertimbangan pendirian lokasi pabrik acrylamide sebagai

berikut :

➢ Ketersediaan Bahan Baku

Bahan Baku acrylonitrile merupakan kebutuhan utama untuk proses

produksi. Bahan baku acylonitrile diperoleh dari Tong Suh Petrochemical,

korea selatan. Sehigga dipilih Cilegon untuk meminimalkan biaya

transport karena letaknya yang berdekatan dengan pelabuhan.

➢ Pemasaran Produk

Lokasi pendirian pabrik dipilih dekat target penjualan produk seperti

pabrik pembuatan polimer (polyacrylamide) umtuk industri kertas,

water treatment seperti Rohm and Haas, BASF dan Clariant.

➢ Utilitas

Kebutuhan air proses diperoleh dari PT. Krakatau Tirta Industri, untuk

suplai kebututuhan listrik disuplai oleh PLN dan kebutuhan bahan

bakar diperoleh dari Pertamina.


7

1.3 TINJAUAN PROSES

Setelah ditemukan acrylonitrile pada tahun 1940, acrylamide mulai

diproduksi secara komersial. Pada tahun 1952 untuk pertama kalinya ditawarkan

pada dunia oleh Ameican Cyanamid Company dan produksi secara komersial mulai

tahun 1954. Pada masa sekarang pabrik acrylamide sudah tersebar di USA, Jepang

dan Eropa (Kirk Orthmer, 1991)

Macam-Macam Proses

• Proses pembuatan acrylamide dengan metode asam sulfat

Metode konvensional dengan mereaksikan acrylonitrile dengan

asam sulfat monohidrat (H2S204.H20) dengan menggunakan netralisasi basa

dengan pemisahan prosuk dari garam sulfat. Dalam proses ini menggunakan

sejumlah acrylonitrile, air dan asam sulfat monohidrat dengan perbandinagn

mol sama yang membentuk acrylamide sulfat.

Reaksi yang terjadi :

C3H3N + H2SO4.H2O → CH2=CHCONH2.H2SO4

Dalam proses ini mmendapakan yield dengan monomer yang cukup

besar berbentuk larutan dan kristal. Prosesnya menggunakan run in glass-

line equipment dengan waktu tiggal 1 jam dengan suhu pada 90-100 0C.

Reaksi secara eksotermis dan semakin lama waktu tinggal dan suhu yang

tinggi maka dapat menaikan impuritas dan selektivitas pada polimer dan

asam akrilat. (Kirk Othmer,1991)

Bgian tersulit adalah memisahkan amonium sulfat sebagai hasil

samping :


CH2=CHCONH2H2SO4 + 2 NH3 → CH2=CHCONH2 + (NH4)2SO4

• Proses pembuatan akrilamid dengan proses biologi

Pada tahun 1985 Nitto Chemical Industry mengembangkan

mikroorganisme dengan proses hidrolisa enzimatis untuk menghasilkan

acrylamide dari acrylonitrile. Mikroorganisme seperti Nocardia,


8

Bacteridium, bacillus, Micrococcus , dan Pseudomonas dapat menjadi

katalis nitrile hidralase yaitu enzim nitriasically active. [ada suhu 0-15 0C

dan pH 7-9 dan menggunakan bakteri yang telah dikembangkan

Rhodococcus rhodochous dapat meningkatkan kapasitas dari 6000

ton/tahun menjadi 20.000 ton/tahun. (Kirk Othmer,1991)

• Proses pembuatan akrilamide dengan hidrolisa katalitik

Untuk mengatasi kelemahan pada metode asam sulfat. Menurut (US,

Patent, 1978), dikembangkan katalis padat dalm pembuatan acrylamide

dengan menggunakan mangan dioksida, tembaga dioksida, logam tembaga

dikombinasikan dengan ion kupri atau kupro, tembaga krom oksida dan

raney copper. Katalis raney copper memiliki aktivitas relatif sebesar 2

terdiri dari 2-45% berat aluminium dengan kisaran diameter 0,02-0,5 inchi.

(US Patent, 1978).

Reaksi :

C3H3N(l) + H2O(l) → C3H5NO(l)

Reaksi dengan suhu 70-120 °C memili keuntunga karena tidak

memiliki produk samping sehingga proses pemurnia dapat dihindati dan

hasil konversi meningkat 87 %. (WHO, 1985). Komposisi acrylonitrile

sebagai umpan masuk reaktor 5-60% dengan kelarutan maksimal

acrylonitrike sebanyak 7 % berat. Acrylonitrile yang tidak terkonversi maka

akan di destilasi dan menghasilkan produk acrylamide sebesar 50 %. (US

Patent, 1979).

Tabel 2.4 Perbandingan Beberapa Proses Pembuatan Acrylamide


9

1.3.1 Kegunaan Produk

No Jumlah Presentase acrylamide

yang digunakan

Produk yang dihasikan

1. 15-20 % N-Hidrosimetilakrilamid

N-Metilenebisakrilamid

2. 80-85 % Poliakrilamid

3. 5 % Acrylamide Grout

(WHO,1985)

Tabel 4 Kegunaan Produk Acrylamide

1.3.2. Sifat Fisika dan Kimia

Bahan Baku

• Acrylonitril (C3H3N)

a. Sifat Fisis

➢ berat molekul : 53,064 gr/grmol

➢ densitas : 0,806 g/cm3 (20 0C)

➢ titik beku : -83,5 0C

➢ titik didih : 77,3 0C

➢ tekanan kritis : 3,54 MPa

➢ tekanan uap : 11,5 kPa (20 0C)

➢ temperatur kritis : 246 0C

➢ volume kritis : 3,798 cm3/g

➢ densitas kritis : 0,2503 g/cm3

➢ viscositas : 0,34 cP (25 0C)

➢ titik nyala : 0 0C

➢ Energi bebas pembentukan, gas : 195 kJ/mol (25 0C)

➢ Panas pembentukan, cair : 150 kJ/mol (25 0C)

➢ Kapasitas panas molar, cair : 2,09 kJ/(kg 0K)


10

b. Sifat Kimia

Reaksi-reaksi yang terjadi pada akrilonitril diantaranya :

➢ Hidrolisa dengan asam sulfat menjadi acrylamide sulfat

(C3H5NO.H2SO4) dan dapat berubah menjadi akrilamid dengan

netralisasi menggunakan basa.

➢ Hidrolisis total asam basa dengan menggunakan asam mineral.

➢ Adisi Diels-Alder membentuk produk senyawa siklis membentuk

senyawa siksil.

➢ Katalis tembaga maupun biokatalisator dengan hidrolisis parsial

dapat menghasilkan acrylamide.

➢ Adiponitrile dihasilkan adanya hidrodimerisasi.

➢ Dihalopropionitrile dihasilkan adanya adisi halogen.

(Kirk Othmer, 1991)

• Air (H2O)

a. Sifat Fisis

berat molekul : 18 gr/gmol

densitas : 0,99823 g/cm3 (20 0C)

titik beku : 0 0C

titik didih : 1.00 0C (101,3 kPa)

tekanan kritis : 220,55 bar

temperatur kritis : 374 0C

viscositas : 0,6985 cp

indeks bias : 1,333

kapasitas panas : 4,185 kJ/(kg 0K) (20 0C)

b Sifat Kimia

➢ Mudah larut pada zat cair, padat dan gas,

➢ Merupakam reagent penghidrolisa pada prose hidrolisa.

(Kirk Othmer, 1991)


11

Bahan Pembantu

• Katalis

• jenis : Copper Nitrate (CuNO2)

• bentuk : Cair

(US Patent, 1975)

Produk

• berat molekul : 71,08 gr/grmol

• densitas : 1,038 g/cm3 (25/4 0C)

• titik kristalisasi : -8-13 0C

• titik didih : 99-104 0C (101,3 kPa)

• tekanan uap : 27,93 kPa (70 0C)

• viscositas : 2,71 cp (25 0C)

• titik nyala : 138 0C

• specific gravity : 1,0412 (25 0C)

• pH : 5,0-6,5

• panas polimerisasi : -85,4 kJ/mol

b Sifat Kimia

Acrylamide merupakan monomer ikatan amida dan memiliki ikatan

rangkap. Sehingga reaksinya selalu melibatkan kedua jenis ikatan tersebut :

➢ Reaksi nonkatalis akrilamid dengan amina primer menghasilkan

produk mono atau bis.

RNH2 + CH2=CHCONH2→RNHCH2CH2CONH2 →

RN(CH2CH2CONH2)2

➢ Bereaksi dengan bisulfit atau natrium sulfit menghasilkan natrium-

β-sulfopropionamid.

➢ Bereaksi dengan keton aktif menghasilkan adducts menjadi lactam

yang dapat terhidrolisa menjadi asam propionat.

➢ Acrylamide pada kondisi asam dapat dipisahkandengan cara

klorinasi.

➢ Bereaksi dengan Dienes membentuk Diels-Alder.


12

➢ Dengan menggunakan katalis osmium tetraoxide, acrylamide dapat

menghasilkan glikol dengan natrium hipoklorit.

➢ Tanpa katalis oksidasi akrilamid menghasilkan N-vinil-N’-

akriloilurea.

➢ Acrylamide yang bereaksi dengan asam sulfat dapat menhasilkan

enghasilkan garam akrilamid sulfat.

➢ Acrylonitrile dapat dihasilkan dengan dehidrolisa acrylamide

menggunakan mangan dioksida atau fosfor pentaoksida.

➢ Acrylamide bereaksi dengan aldehid dalam kondisi netral atau basa

menghasilkan N-metilolakrilamid.

(Kirk Othmer, 1991)

1.4. Tinjauan Umum Proses

Hidrolisa merupakan suatu proses dekomposisi dengan air, hidrogen

begabung dengan komponen lain dan ion hidroksil dengan hasil dari dekomposisi.

XY + H2O → HY + XOH

Didalam industri untuk memcah suatu senyawa dengan senyawa lain biasa

digunakan reaksi hidrolisa. Dalam pembutan acrylamide dari acrylonitrile reaksi

hidrolisa dilakukan secara tidak sempurna atau dengan hidrolisa parsial dengan

cara mengkondisikan kondisi operasi dan jenis katalis yang sesuai.

Reaksi hidrolisa acrylonitrile mnggunakan katalis padat, reaksi eksotermis

dan dalam fase cair-cair (Kirk Othmer, 1991). Reaksi ini dengan reaktor fixed bed

multitube dngan katalis raney cooper yang menghasilkan larutan acrylamide 50

% .

Reaksi :


Secara umum pembentukan acrylamide adalah sebagai berikut :

Mula-mula bahan baku dari tangki storage air dan acrylonitrile di pompa

menuju mixer. Pada mixer ini juga ditambahkan arus reycyle acrylonitrile dan air

dari menara destilasi. Perbandingan umpan masuk kedalam reaktor adalah 7%

berat akrilonitrile dalam air (US Patent, 1983). Larutan pencampuran dimasukkan


13

kedalam reaktor fixed bed multitube. (Kirk Othmer, 1991). Reaksi pada fase cair-

cair sehingga suhu masuk rektor 70 0C dan tekanan diatur 3,03 bar. Dengan

bantuan katalis raney copper pada reaktor terjadi proses hidrolisis acrylonitrile

menjadi acrylamide. Pada reaksi produk terdiri air, acrylonitrile dan acrylamide

sehingga tidak terjadi hasil samping. Pada destilasi dipisahkan berdasarkan

perbedaan titik didih sehingga menghasilkan produk sesuai spesifikasi acrylamide

50 %.


14

1.5 Dasar Reaksi

Reaksi pembuatan acrylamide dari acrylonitrile dari air. Mula-mula bahan

baku dari tangki storage air dan acrylonitrile di pompa menuju mixer. Pada mixer

ini juga ditambahkan arus reycyle acrylonitrile dan air dari menara destilasi.

Perbandingan umpan masuk kedalam reaktor adalah 7% berat akrilonitrile dalam

air (US Patent, 1975). Larutan pencampuran dimasukkan kedalam reaktor

countinous strired reactor (CSTR). (US Patent, 1975). Reaksi pada fase cair-cair

sehingga suhu masuk rektor 700C dan tekanan diatur 3,03 bar. Konversi reaksi

sebesar 97%. (WHO,1985). Dengan bantuan katalis Copper Nitrate pada reaktor

terjadi proses hidrolisis acrylonitrile menjadi acrylamide. Pada reaksi produk terdiri

air, acrylonitrile dan acrylamide sehingga tidak terjadi hasil samping. Pada destilasi

dipisahkan berdasarkan perbedaan titik didih sehingga menghasilkan produk sesuai

spesifikasi acrylamide 50 %.



Acrylonitrile Air Acrylamide

1.6 Mekanisme Reaksi

Gambar 3 Mekanisme Reaksi Acrylamide

(Fessenden and Fessenden, 1999)


15

1.7. Tinjauan Kinetika

Konstanta kecepatan orde satu dapat dihitung dengan persamaan :

k = 1,36 x 106 exp (-15.000/RT)

dimana k : konstanta kecepatan reaksi (detik-1)

R : konstanta gas ideal = 1,987 cal/mol. K

T : suhu (K

Persamaan kecepatan reaksi dapat menunjukkan pengaruh temperatur dan katalis

terhadap reaksi

➢ Pengaruh Katalis

Adanya katalis akan meminimalkan energi aktivasi reaksidari pada

reaksi tanpa adanya katalis akan memperbesar energi aktivasi katalis.

➢ Pengaruh Temperatur

Adanya temperatur yang meningkat, naka kecepatan reaksi semakin

cepat karena adanya harag konstanta kecepatan reaksi (k).

1.8 Tinjauan Termodinamika

Perhitungan harga tetapan konstanta kesetimbangan (K) dapat ditinjau dari

persamaan :

∆ G° = -RT ln K

Dengan : ∆G° : tenaga Gibbs standart (KJ/mol)

R : tetapan gas ideal

K : konstanta kesetimbangan


16

Data untuk masing-masing komponen dapat dilihat pada tabel 2.1

Table 2.6 Harga ∆ Hf° dan ∆ Gf° pada keadaan standart

Komponen ∆ Hf° 298 °K (KJ/mol) ∆ Gf° 298 °K (KJ/mol)

Akrilonitril 185 195.31

Air -241,8 -228.6

Akrilamid -170 -97.9

(Carl L Yaws, 1999)

Sehingga ∆ Gf° = ∆ Gf° produk - ∆ Gf° reaktan

= -97,9-(195,31-228,6) KJ/mol

= -64,61 KJ/mol

Ln K298 = ∆ 𝐺𝑓°

𝑅𝑇

Ln K298 =

−(−64.61𝐾𝐽

𝑀𝑂𝐿)

8.3144𝐽

𝑀𝑂𝐿𝐾298𝐾

ln K298 = 26,07669

K298 = 2,113319 x 1011

Maka nilai K pada T °K dapat dihitung dengan meninjau persamaan

kesetimbangan di bawah ini :

Dengan:

∆H298 = ∆H produk - ∆H reaktan

= (-170)-(185-241,8) KJ/mol

= -113,125 KJ/mol

Sehingga harga K pada suhu 80 °C dapat dihitung menggunakan persamaan :


17

Karena nilai K2 pada suhu 80 °C sangat besar, maka reaksi bersifat tidak dapat

balik.

Untuk mengetahui sifat reaksi, dapat diketahui dengan menghitung

entalphi reaksi total pada T operasi yaitu :

∆H total = ∆H reaktan + ∆H 298 +∆H produk

∆H Akrilonitril = ∫ 𝐶𝑝𝑑𝑇353

298

= ∫ 33,62353

298 + 5.8644E – 01T + (-1.8625E – 03)T2 + 2.4956E –

06T3 dT

= 33.362T + 5.8644 E – 01 𝑇2

2 – 1.8625 E – 03

𝑇3

3 + 2.4956 E – 06

𝑇4

4

Dt ]358298

= 6221.92799 j/mol

∆H Air = ∫ 𝐶𝑝𝑑𝑇353

298

=∫ 92.053353

298 + -3.9953 E - 02T + (-2.1103 E – 04)T2 + 5.3469 E –

0TT3Dt

= 4136,2565 J/mol

∆H Acrylamide = ∫ 𝐶𝑝𝑑𝑇353

298

= ∫ −48.597353

298 + 6221.92799+4136.2565+(-113.125 x 1000))j/mol

= -95851.60549 j/mol


18

Jadi reaksi pembentukan akrilamid dari akrilonitril dan air merupakan

reaksi eksotermis, karena nilai ∆H total negatif. Dapat disimpulkan bahwa reaksi

pembentukan akrilamid merupakan reaksi irreversible (tidak dapat balik),

eksotermis pada temperatur 80 °C.


bab i pendahuluanrepository.ubharajaya.ac.id/1955/2/201410235029_muhamad... · 2020. 1. 27. ·...

Documents